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Enregistrement W4386027236 · doi:10.1080/19942060.2023.2242445

Machine learning models coupled with empirical mode decomposition for simulating monthly and yearly streamflows: a case study of three watersheds in Ontario, Canada

2023· article· en· W4386027236 sur OpenAlexaboutno aff
Peiman Parisouj, Changhyun Jun, Sayed M. Bateni, Essam Heggy, Shahab S. Band

Notice bibliographique

RevueEngineering Applications of Computational Fluid Mechanics · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrological Forecasting Using AI
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesKorea Environmental Industry and Technology InstituteNational Research Foundation of KoreaMinistry of Science and ICT, South KoreaMinistry of Education, IndiaMinistry of EnvironmentChung-Ang UniversityNational Research Foundation
Mots-clésMean squared errorHilbert–Huang transformSupport vector machineStreamflowBackpropagationArtificial neural networkComputer scienceConvolutional neural networkArtificial intelligenceCorrelation coefficientMachine learningEnvironmental scienceStatisticsMathematicsGeography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

This paper presents a novel approach for enhancing long-term runoff simulations through the integration of empirical mode decomposition (EMD) with four machine learning (ML) models: ensemble, support vector machine (SVM), convolutional neural networks (CNN), and artificial neural networks with backpropagation (ANN-BP). The proposed methodology uses EMD to decompose precipitation and temperature time-series into intrinsic mode functions, thereby revealing underlying data patterns. Subsequently, these components are incorporated into the ML models to simulate the runoff time-series. The effectiveness of the hybrid models is evaluated using streamflow runoff data obtained from the Grand, Winnipeg, and Moosonee Rivers in Ontario, Canada. Four widely used performance indices, namely, correlation coefficient, root mean square error (RMSE), mean absolute relative error, and Nash–Sutcliffe efficiency, are employed to assess the models’ performance. The results demonstrate that the hybrid EMD-ML models exhibit significantly superior performance compared with the standalone ML methods. During the validation phase, the EMD-Ensemble, EMD-SVM, EMD-CNN, and EMD-ANN-BP models exhibit notable reductions in the RMSEs of monthly streamflow estimates for the Grand River, amounting to 11%, 22%, 8%, and 33%, respectively, compared with their non-EMD counterparts. Additionally, these hybrid models exhibit improved RMSEs for yearly simulations in the Winnipeg River, with reductions of 54%, 0.08%, 6%, and 4.5% respectively. To further enhance the accuracy of monthly and yearly streamflow estimates, an SVM-recursive feature elimination technique is employed to select a more appropriate EMD dataset in all study cases. This research underscores the potential of integrating EMD with ML models to enhance long-term runoff simulations. The outcomes highlight the superior performance of the hybrid EMD-ML models, demonstrating their ability in generating lower biases than the standalone ML methods. These findings hold significant implications for the field of computational fluid mechanics and can contribute to the understanding of hydrological processes.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,037
Score d'incertitude au seuil0,089

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,022
Tête enseignante GPT0,265
Écart entre enseignants0,243 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations14
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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